Produktion von Solarbatterien: Technologie und Ausrüstung

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2023-12-17 10:23

Die Menschheit versucht, auf alternative Quellen der Stromversorgung umzusteigen, die dazu beitragen, die Umwelt sauber zu h alten und die Kosten der Energieerzeugung zu senken. Die Herstellung von Solarbatterien ist ein modernes industrielles Verfahren. Das Stromversorgungssystem umfasst Solarempfänger, Batterien, Steuerungen, Wechselrichter und andere Geräte, die für bestimmte Funktionen ausgelegt sind.

Die Solarbatterie ist das Hauptelement, von dem aus die Akkumulation und Umwandlung von Strahlenenergie beginnt. In der modernen Welt gibt es viele Fallstricke für den Verbraucher bei der Auswahl eines Panels, da die Industrie eine große Anzahl von Produkten unter einem Namen vereint anbietet.

Silizium-Solarzellen

Diese Produkte sind bei den Verbrauchern von heute beliebt. Silizium ist die Basis für ihre Herstellung. Seine Vorkommen in der Tiefe sind weit verbreitet, und die Produktion ist relativ günstig. Siliziumzellen schneiden im Vergleich zu anderen Solarzellen im Leistungsniveau gut ab.

Arten von Elementen

Siliziumsolarzellen werden in folgenden Typen hergestellt:

• monokristallin;
• polykristallin;
• amorph.

Die obigen Geräteformen unterscheiden sich darin, wie die Siliziumatome im Kristall angeordnet sind. Der Hauptunterschied zwischen den Elementen ist der unterschiedliche Indikator für die Effizienz der Umwandlung von Lichtenergie, der für die ersten beiden Typen ungefähr auf dem gleichen Niveau liegt und die Werte für Geräte aus amorphem Silizium übersteigt.

Die heutige Industrie bietet mehrere Modelle von Solarlichtfängern an. Ihr Unterschied liegt in der Ausrüstung, die für die Herstellung von Sonnenkollektoren verwendet wird. Dabei spielen die Herstellungstechnologie und die Art des Ausgangsmaterials eine Rolle.

Einkristalltyp

Diese Elemente bestehen aus miteinander verbundenen Silikonzellen. Nach der Methode des Wissenschaftlers Czochralski wird absolut reines Silizium hergestellt, aus dem Einkristalle hergestellt werden. Der nächste Prozess ist das Schneiden des gefrorenen und ausgehärteten Halbzeugs in Platten mit einer Dicke von 250 bis 300 Mikrometer. Dünne Schichten werden mit einem Metallgitter aus Elektroden gesättigt. Trotz der hohen Produktionskosten werden solche Elemente aufgrund der hohen Umwandlungsrate (17-22%) recht häufig verwendet.

Herstellung polykristalliner Elemente

Die Technologie zur Herstellung von Solarzellen aus Polykristallen besteht darin, dass die geschmolzene Siliziummasse allmählich abgekühlt wird. Die Herstellung erfordert keine teure Ausrüstung, daher werden die Kosten für die Gewinnung von Silizium reduziert. Polykristalline Solarspeicher haben im Gegensatz zu monokristallinen einen geringeren Wirkungsgrad (11-18%). Dies erklärt sich dadurch, dass die Siliziummasse beim Abkühlen mit winzigen körnigen Bläschen gesättigt wird, was zu einer zusätzlichen Strahlenbrechung führt.

Amorphe Siliziumelemente

Produkte werden als Sondertyp eingestuft, da ihre Zugehörigkeit zum Siliziumtyp aus der Bezeichnung des verwendeten Materials herrührt und die Herstellung von Solarzellen in Foliengerätetechnik erfolgt. Der Kristall weicht im Herstellungsprozess Siliziumwasserstoff oder Silon, von dem eine dünne Schicht das Substrat bedeckt. Batterien haben den niedrigsten Wirkungsgrad, nur bis zu 6 %. Elemente haben trotz eines erheblichen Nachteils eine Reihe von unbestreitbaren Vorteilen, die ihnen das Recht geben, mit den oben genannten Typen in Einklang zu stehen:

• optischer Absorptionswert ist zwei Dutzend Mal höher als der von monokristallinen und polykristallinen Laufwerken;
• hat eine Mindestschichtdicke von nur 1 Mikron;
• bewölktes Wetter hat im Gegensatz zu anderen Arten keinen Einfluss auf die Lichtumwandlung;
• durch seine hohe Biegefestigkeit auch an schwierigen Stellen problemlos einsetzbar.

Die drei oben beschriebenen Arten von Solarkonvertern werden durch Hybridprodukte aus Materialien mit doppelten Eigenschaften ergänzt. Solche Eigenschaften werden erreicht, wenn Mikroelemente oder Nanopartikel in amorphes Silizium eingeschlossen werden. Das resultierende Material ähnelt polykristallinem Silizium, schneidet jedoch durch neue technische Eigenschaften damit ab. Indikatoren.

Rohstoff zur Herstellung von CdTe-Foliensolarzellen

Die Wahl des Materials wird durch die Notwendigkeit bestimmt, die Produktionskosten zu senken und die Leistung bei der Arbeit zu verbessern. Das am häufigsten verwendete lichtabsorbierende Cadmiumtellurid. In den 70er Jahren des letzten Jahrhunderts g alt CdTe als Hauptkonkurrent für die Verwendung im Weltraum, in der modernen Industrie hat es breite Anwendung in der Solarenergie gefunden.

Dieses Material wird als kumulatives Gift eingestuft, sodass die Debatte über seine Schädlichkeit nicht abebbt. Untersuchungen von Wissenschaftlern haben festgestellt, dass die Menge an Schadstoffen, die in die Atmosphäre gelangen, akzeptabel ist und die Umwelt nicht schädigt. Der Wirkungsgrad beträgt nur 11 %, aber die Kosten für umgewandelten Strom aus solchen Zellen sind 20-30 % niedriger als bei Silizium-Geräten.

Strahlenakkumulatoren aus Selen, Kupfer und Indium

Halbleiter im Gerät sind Kupfer, Selen und Indium, manchmal darf letzteres durch Gallium ersetzt werden. Dies liegt an der hohen Nachfrage nach Indium für die Produktion von Flachmonitoren. Daher wurde diese Substitutionsoption gewählt, da die Materialien ähnliche Eigenschaften haben. Aber für die Effizienzkennzahl spielt der Austausch eine große Rolle, die Herstellung einer Solarbatterie ohne Gallium steigert die Effizienz des Gerätes um 14%.

Solarkollektoren auf Polymerbasis

Diese Elemente werden als junge Technologien eingestuft, da sie kürzlich auf dem Markt erschienen sind. Organische Halbleiter absorbieren Lichtin elektrische Energie umzuwandeln. Zur Herstellung werden Fullerene der Kohlenstoffgruppe, Polyphenylen, Kupferphthalocyanin usw. verwendet, wodurch dünne (100 nm) und flexible Filme erh alten werden, die bei der Arbeit einen Wirkungsgrad von 5-7% ergeben. Der Wert ist gering, aber die Produktion von flexiblen Solarzellen hat mehrere positive Punkte:

• Die Herstellung kostet nicht viel;
• die Fähigkeit, flexible Batterien in Kurven zu installieren, wo Elastizität von größter Bedeutung ist;
• relative Einfachheit und Erschwinglichkeit der Installation;
• flexible Batterien sind umweltfreundlich.

Chemisches Beizen während der Produktion

Die teuerste Solarbatterie ist ein multikristalliner oder monokristalliner Siliziumwafer. Für die rationellste Verwendung von Silizium werden pseudoquadratische Figuren geschnitten. Mit derselben Form können Sie die Platten im zukünftigen Modul fest verlegen. Nach dem Schneidvorgang verbleiben mikroskopisch kleine Schichten beschädigter Oberfläche auf der Oberfläche, die durch Ätzen und Texturieren entfernt werden, um den Empfang einfallender Strahlen zu verbessern.

Die auf diese Weise behandelte Oberfläche ist eine zufällig angeordnete Mikropyramide, von deren Rand reflektiertes Licht auf die Seitenflächen anderer Vorsprünge fällt. Durch den Lockerungsvorgang verringert sich die Reflektivität des Materials um ca. 25 %. Der Beizprozess nimmt eine Reihe von Säuren und Alkalien anVerarbeitung, aber es ist nicht akzeptabel, die Dicke der Schicht stark zu reduzieren, da die Platte der folgenden Verarbeitung nicht standhält.

Halbleiter in Solarzellen

Die Technologie zur Herstellung von Solarzellen geht davon aus, dass das Hauptkonzept der Festkörperelektronik der p-n-Übergang ist. Wenn die Elektronenleitfähigkeit des n-Typs und die Lochleitfähigkeit des p-Typs in einer Platte kombiniert werden, entsteht an der Kontaktstelle zwischen ihnen ein p-n-Übergang. Die wichtigste physikalische Eigenschaft dieser Definition ist die Fähigkeit, als Barriere zu dienen und Elektrizität in eine Richtung zu leiten. Es ist dieser Effekt, der es Ihnen ermöglicht, den vollen Betrieb von Solarzellen herzustellen.

Durch Phosphordiffusion bildet sich an den Enden der Platte eine n-leitende Schicht, die an der Oberfläche des Elements in einer Tiefe von nur 0,5 Mikrometern ansetzt. Die Herstellung einer Solarbatterie sorgt für ein oberflächliches Eindringen von Trägern mit entgegengesetzten Vorzeichen, die unter Lichteinwirkung entstehen. Ihr Weg zum Einflussbereich des p-n-Übergangs muss kurz sein, sonst können sie sich beim Aufeinandertreffen auslöschen, ohne dabei Strom zu erzeugen.

Einsatz des plasmachemischen Ätzens

Das Design der Solarbatterie hat eine Vorderseite mit einem eingebauten Gitter zur Stromerfassung und eine Rückseite, die ein fester Kontakt ist. Während des Diffusionsphänomens tritt zwischen den beiden Ebenen ein elektrischer Kurzschluss auf, der bis zum Ende übertragen wird.

Um den Kurzschluss zu beseitigen, wird die Ausrüstung verwendetSolarbatterien, mit denen Sie dies mit Hilfe von Plasma-Chemie, chemischem Ätzen oder mechanischem Laser tun können. Häufig wird die Methode der plasmachemischen Beeinflussung angewendet. Das Ätzen wird gleichzeitig für einen Stapel von zusammengestapelten Siliziumwafern durchgeführt. Das Ergebnis des Prozesses hängt von der Behandlungsdauer, der Zusammensetzung des Mittels, der Größe der Quadrate des Materials, der Richtung der Ionenströmungsstrahlen und anderen Faktoren ab.

Aufbringen einer Antireflexbeschichtung

Durch das Anwenden einer Textur auf die Oberfläche eines Elements wird die Reflexion auf 11 % reduziert. Das bedeutet, dass ein Zehntel der Strahlen einfach von der Oberfläche reflektiert wird und nicht an der Strombildung beteiligt ist. Um solche Verluste zu reduzieren, wird auf der Vorderseite des Elements eine Beschichtung mit tiefem Eindringen von Lichtimpulsen aufgebracht, die sie nicht zurückreflektiert. Wissenschaftler bestimmen unter Berücksichtigung der Gesetze der Optik die Zusammensetzung und Dicke der Schicht, sodass die Herstellung und Installation von Solarmodulen mit einer solchen Beschichtung die Reflexion um bis zu 2% reduziert.

Kontaktbeschichtung auf der Vorderseite

Die Oberfläche des Elements ist so ausgelegt, dass sie die größte Strahlungsmenge absorbiert. Diese Anforderung bestimmt die dimensionalen und technischen Eigenschaften des aufgebrachten Metallgewebes. Durch die Wahl des Designs der Vorderseite lösen Ingenieure zwei gegensätzliche Probleme. Die Abnahme optischer Verluste tritt bei dünneren Linien und deren Anordnung in großem Abstand zueinander auf. Die Herstellung einer Solarbatterie mit erhöhtem Rastermaß führt dazu, dass einige der Ladungen keine Zeit zum Kontakt haben und verloren gehen.

Daher haben Wissenschaftler den Wert des Abstands und der Linienstärke für jedes Metall standardisiert. Zu dünne Streifen öffnen Platz auf der Oberfläche des Elements, um Strahlen zu absorbieren, leiten aber keinen starken Strom. Moderne Verfahren zum Aufbringen von Metallisierungen bestehen im Siebdruck. Als Material rechtfertigt sich am ehesten silberh altige Paste. Durch seine Verwendung steigt der Wirkungsgrad des Elements um 15-17 %.

Metallisierung auf der Geräterückseite

Die Abscheidung von Metall auf der Rückseite des Geräts erfolgt auf zwei Arten, von denen jede ihre eigene Arbeit ausführt. Eine durchgehende dünne Schicht über die gesamte Oberfläche, mit Ausnahme einzelner Löcher, wird mit Aluminium besprüht, und die Löcher werden mit silberh altiger Paste gefüllt, die eine Kontaktrolle spielt. Die massive Aluminiumschicht dient auf der Rückseite als eine Art Spiegelvorrichtung für freie Ladungen, die in den freien Kristallbindungen des Gitters verloren gehen können. Mit einer solchen Beschichtung arbeiten Solarmodule 2% mehr an Leistung. Kundenrezensionen sagen, dass solche Elemente h altbarer sind und von bewölktem Wetter nicht so stark beeinträchtigt werden.

Solarmodule mit eigenen Händen herstellen

Stromquellen von der Sonne, nicht jeder kann zu Hause bestellen und installieren, da ihre Kosten heute ziemlich hoch sind. Daher beherrschen viele Handwerker und Handwerker die Herstellung von Solarmodulen zu Hause.

Sets von Lichtschranken zur Selbstmontage können Sie im Internet an verschiedenen Stellen kaufen. Ihre Kostenhängt von der Anzahl der verwendeten Platten und der Leistung ab. Zum Beispiel kosten Low-Power-Kits von 63 bis 76 W mit 36 Platten 2350-2560 Rubel. beziehungsweise. Arbeitselemente, die aus irgendeinem Grund von Produktionslinien abgelehnt wurden, werden hier ebenfalls eingekauft.

Berücksichtigen Sie bei der Wahl des Photovoltaik-Konvertertyps, dass polykristalline Zellen trüber sind und effizienter arbeiten als monokristalline, aber eine kürzere Lebensdauer haben. Monokristalline sind bei sonnigem Wetter effizienter und h alten viel länger.

Um die Produktion von Solarmodulen zu Hause zu organisieren, müssen Sie die Gesamtlast aller Geräte berechnen, die vom zukünftigen Konverter mit Strom versorgt werden, und die Leistung des Geräts bestimmen. Ab hier folgt die Anzahl der Lichtschranken unter Berücksichtigung des Neigungswinkels des Paneels. Einige Handwerker sehen die Möglichkeit vor, die Position der Sammelebene in Abhängigkeit von der Höhe der Sonnenwende und im Winter von der Dicke des gefallenen Schnees zu ändern.

Für die Herstellung des Gehäuses werden verschiedene Materialien verwendet. Meistens setzen sie Aluminium- oder Edelstahlecken ein, verwenden Sperrholz, Spanplatten usw. Der transparente Teil besteht aus organischem oder gewöhnlichem Glas. Zum Verkauf stehen Fotozellen mit bereits gelöteten Leitern, es ist vorzuziehen, solche zu kaufen, da die Montageaufgabe vereinfacht wird. Die Platten werden nicht übereinander gestapelt - die unteren können Mikrorisse verursachen. Lot und Flussmittel sind vorab aufgetragen. Es ist bequemer, die Elemente zu löten, indem Sie sie sofort auf der Arbeitsseite platzieren. Am Ende werden die äußersten Platten an die Reifen geschweißt (breitere Leiter), danach werden "Minus" und "Plus" ausgegeben.

Nach getaner Arbeit wird die Platte geprüft und versiegelt. Ausländische Handwerker verwenden dafür Verbindungen, aber für unsere Handwerker sind sie ziemlich teuer. Selbstgebaute Wandler werden mit Silikon versiegelt und die Rückseite mit Lack auf Acrylbasis beschichtet.

Abschließend sollte gesagt werden, dass die Bewertungen der Meister, die Sonnenkollektoren mit ihren eigenen Händen hergestellt haben, immer positiv sind. Sobald die Familie Geld für die Herstellung und Installation des Konverters ausgegeben hat, bezahlt sie es schnell und beginnt mit kostenloser Energie zu sparen.